电源转换装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种电源转换装置及其控制方法，特别涉及一种有输出操作范围的电源转换装置及其控制方法。

背景技术：

电源转换装置主要是将电压信号转换成适合各种电子装置、负载或其他用电装置的操作电源。电源转换装置可以依据使用者的设定产生操作电源，亦可以依据输入的电压信号，输出放大后的电压信号。

一般而言，当电源转换器只输出基本波形，例如正弦波时，电源转换器可以依据基本波形的电压值，限制输出电压峰值和均方根值。但当电源转换器输出的正弦波上具有载波或是其他方波、高次谐波时，因为这些输出信号需要经由分析大量数据分析才能让电源转换器依据输出波形的电压值来限制输出电压峰值和均方根值，故电源转换器需要具备较好的运算效能，才能应付检测输出信号的繁琐过程，使得电源转换器成本增加。此外，即使电源转换器可依据基本波形的电压值对输出电压峰值和均方根值作限制，但目前的电源转换器亦没有依据可以限制输出操作范围。在没有限制输出操作范围下，电源转换器的内部元件可能在超额的情形下运作，进而增加电源转换器损坏的机会。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电源转换装置及其控制方法，藉以解决现有电源转换器没有依据可以限制输出操作范围的问题。

本发明所揭露的电源转换装置及其控制方法，具有转换电路、滤波电路、量测电路和控制电路。转换电路转换电压信号为操作信号，并依据控制信号调整操作信号的操作电压值及操作频率。滤波电路电性连接转换电路，依据操作信号产生工作电流。量测电路电性连接滤波电路，以量测工作电流的大小。控制电路电性连接量测电路及转换电路，当操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路依据工作电流的大小调整控制信号或控制转换电路停止转换电压信号。限制值是于工作电流的大小到达滤波电路的额定电流值时，依据操作信号的操作频率与操作电压值的乘积设定。

根据上述本发明所揭露的电源转换装置及其控制方法，藉由于滤波电路的电流大小到达额定电流值时，依据转换电路转换出的操作信号的操作电压值和操作频率的乘积，作为电源转换装置的限制值。藉此，在操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，可以据以调整转换电路输出操作信号的频率和电压值，或控制转换电路停止输出操作信号，使得电源转换装置内部的元件不会超额操作，进而定义出电源转换器的输出频率范围。并且，不论电源转换装置输出的信号是否为高次谐波，藉由滤波电路上的工作电流可以被快速地检测，电源转换装置不需要分析大量的数据，使得电源转换装置系统运算量降低，成本减少，仍可以有效地限制输出电压峰值、均方根值或输出频率范围。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置的功能方框图；

图2是根据本发明另一实施例所绘示的电源转换装置的电路示意图；

图3是根据本发明一实施例所绘示的控制方法的步骤流程图。

其中，附图标记

10、20电源转换装置

11、21转换电路

13、23滤波电路

15、25量测电路

17、27控制电路

30电源

40负载

m1第一开关

m2第二开关

m3第三开关

m4第四开关

xa～xd控制信号

l1、l2电感

r电阻

c电容

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1是根据本发明一实施例所绘示的电源转换装置的功能方框图。如图1所示，电源转换装置10具有转换电路11、滤波电路13、量测电路15和控制电路17。转换电路11转换电压信号为操作信号，并依据控制信号调整操作信号的操作电压值及操作频率，电压信号可以是交流信号亦可以是直流信号，为了方便图示及说明，以下实施例及图中是以直流信号表示，但并非用以限制本实施例。滤波电路13电性连接转换电路11，依据转换电路11输出的操作信号产生工作电流。量测电路15电性连接滤波电路13，用以量测滤波电路13产生的工作电流大小。控制电路17电性连接量测电路15及转换电路11，当操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路17依据工作电流的大小调整控制信号或控制转换电路11停止转换电压信号。

限制值于工作电流的大小到达滤波电路13的额定电流值时，依据操作信号的操作频率与操作电压值的乘积设定。滤波电路13的额定电流值例如是滤波电路13上可操作的最大电流值、滤波电路13安全操作的最大电流值或其他关联于滤波电路13的额定值。滤波电路13安全操作的最大电流值例如是滤波电路13可操作最大电流值，在经降额后的电流值，例如可操作最大电流值的90％、80％、75％或其他降额标准。于其他实施例中，限制值亦可以是滤波电路13中一个元件上的电流值到达额定电流值时，依据操作信号的操作频率与操作电压值的乘积而设定。于所属技术领域具有通常知识者应理解，滤波电路13的工作电流到达额定电流，亦可视为滤波电路13的工作功率到达额定功率或滤波电路13的工作电压到达额定电压值。

接下来，请参照图2，图2是根据本发明另一实施例所绘示的电源转换装置的电路示意图。如图2所示，电源转换装置20具有转换电路21、滤波电路23、量测电路25和控制电路27。转换电路21例如是桥式转换器、直流对交流转换器、直流对直流转换器或其他合适的转换器。于一个实施例中，转换电路21具有第一开关m1、第二开关m2、第三开关m3及第四开关m4。第一开关m1和第二开关m2串接构成第一串联支路，第三开关m3和第四开关m4串接构成第二串联支路，第一串联支路和第二串联支路并联以形成转换电路21。第一串联支路和第二串联支路分别电性连接于电源30的两端，以接收电源30输出的电压信号。

滤波电路23例如lc滤波器、电感滤波器、rc滤波器、π型滤波器或其他合适的滤波器。以lc滤波器来说，滤波电路23具有串联的电感l1、电感l2、电阻r及电容c，滤波电路23的两端分别电性连接于第一开关m1与第二开关m2之间和第三开关m3与第四开关m4之间，以接收转换电路21转换电压信号产生的操作信号。

操作信号具有操作电压值和操作频率，于一个实施例中，转换电路21的第一开关m1、第二开关m2、第三开关m3与第四开关m4分别依据控制信号xa、控制信号xb、控制信号xc及控制信号xd，依序的切换导通和截止，并据以调整操作信号的操作电压值和操作频率。滤波电路23接收转换电路21产生的操作信号，并对操作信号进行滤波，以将滤波后的操作信号提供给负载40。当滤波电路23对操作信号进行滤波时，流经电容c和电阻r的电流为工作电流ic。

量测电路25电性连接于电阻r的两端，用以量测电阻r两端的电压差值。量测电路25依据电阻r两端的电压差值及电阻r的电阻值，计算工作电流ic的大小。控制电路27电性连接量测电路25及转换电路21，以取得量测电路25量测到的工作电流ic大小，并于操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，依据工作电流ic的大小调整控制信号或控制转换电路21停止转换电压信号。

于一个实施例中，操作信号的操作频率与操作电压值的乘积关联于工作电流ic的大小。以滤波电路23的电阻r及电容c来看，操作信号的操作电压值大致上等于当操作信号的操作电压值不变，操作信号的操作频率提高时，流经电阻r的工作电流ic越大。当操作信号的操作频率不变，操作信号的操作电压值越大时，流经电阻r的工作电流ic亦会越大。因此，限制操作信号的操作频率与操作电压值的乘积大小，可以避免滤波电路23上的工作电流ic过大，进而避免滤波电路23上的元件超额操作。

反观来说，滤波电路23的额定电流、额定电压或额定功率可定义电源转换器10的输出操作范围，亦即操作信号的操作频率与操作电压值的乘积范围。举例来说，控制电路27控制转换电路21输出操作信号的操作电压值位于预设电压值，并调整操作信号的操作频率。滤波电路23依据已调整操作频率的操作信号产生工作电流ic。当量测电路25量测到滤波电路23的工作电流ic大小到达额定电流值时，控制电路27以预设电压值与操作频率的乘积作为限制值。藉此，于操作信号的操作频率与当前操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路27可以依据工作电流ic的大小调整控制信号或控制转换电路21停止转换电压信号。

以实务上的例子来说，滤波电路23上电阻r的电阻值例如为6欧姆，最大操作功率例如为100瓦。电阻r的最大操作功率经降额标准后例如为75瓦。依据电阻r的电阻值和额标准后的操作功率75瓦，取得电阻r的标准操作电压为21.21v控制电路27控制转换电路11输出操作电压值为500v的操作信号，并调整操作信号的操作频率，直到量测电路25量测到电阻r两端的电压差值为21.21v时，取得当时操作信号的操作频率，例如为160赫兹。控制电路27依据电压值500v和操作频率160赫兹的乘积80000作为限制值。之后，当转换电路21输出操作信号的操作电压值和操作频率的乘积超过80000时，控制电路27调整产生的控制信号或控制转换电路21停止转换电压信号。

于另一个例子中，控制电路27亦可以控制转换电路21输出操作信号的操作频率位于预设频率，并调整操作信号的操作电压值。滤波电路23依据已调整操作电压值的操作信号产生工作电流ic。当量测电路25量测到滤波电路23的工作电流ic大小到达额定电流值时，控制电路27以预设频率与当前操作电压值的乘积作为限制值。

当操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路17可以控制转换电路21停止转换电压信号，亦即使转换电路11停止输出操作信号。控制电路27亦可以依据工作电流ic的大小调整控制信号。以前述的例子来说，当操作信号的操作电压值大致上等于时，控制电路27可以依据工作电流ic的大小，取得操作电压值和操作频率的比例关系，并依据限制值及比例关系，调整输出的控制信号，以使转换电路21可以依据调整后的控制信号转换电压信号为操作信号。

于图2的实施例中，量测电路25是电性连接于电阻r的两端，依据电阻r两端的电压差值计算工作电流ic的大小。在实务上，量测电路25亦可以是霍尔感测器(hallsensor)或电流检测电阻器(currentshuntresistance)。霍尔感测器藉由电磁感应来感测通过电阻r的工作电流ic。分流器串接于电阻r，藉由分流器上的电压来计算工作电流ic的大小。另一个例子中，量测电路25亦可以是通过霍尔感测器或电流检测电阻器来量测通过电感l1的电流和通过负载40的电流，经由通过电感l1的电流和通过负载40的电流来计算工作电流ic的大小。于所属技术领域具有通常知识者可以依据实际情形设计量测电路15取得工作电流ic的方式，本实施例不予限制。

为了更清楚地说明电源转换装置的控制方法，请一并参照图1与图3，图3是根据本发明一实施例所绘示的控制方法的步骤流程图。如图3所示，于步骤s501中，转换电路11转换电压信号为操作信号。操作信号具有操作电压值及操作频率。于步骤s502中，转换电路11依据控制电路17输出的控制信号调整操作信号的操作电压值及操作频率。于步骤s503中，操作信号经由滤波电路13产生工作电流。于步骤s504中，量测电路15量测滤波电路13上工作电流的大小。于步骤s505中，当操作信号的操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路17依据工作电流的大小调整控制信号或控制转换电路11停止将电压信号转换为操作信号。

操作频率与操作电压值乘积的限制值例如于工作电流的大小到达滤波电路13的额定电流值时，依据操作信号的操作频率与操作电压值的乘积设定。本发明所述的电源转换装置的控制方法实际上均已经揭露在前述记载的实施例中，本实施例在此不重复说明。

综合以上所述，本发明实施例提供电源转换装置及其控制方法，藉由于滤波电路的额定电流、额定电压或额定功率来定义电源转换装置的输出操作范围。也就是说，于滤波电路的电流大小到达额定电流值时，依据当时操作信号的操作电压值和操作频率的乘积作为控制电路调整控制信号的依据。之后，当转换电路依据控制信号产生的操作信号，其操作频率与操作电压值的乘积超过限制值时，控制电路就会调整控制信号，以调整转换电路输出的操作信号或直接控制转换电路停止输出操作信号，使得电源转换装置内部的元件不会超额操作，且定义出电源转换器的输出操作范围。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。